特許 5979820 ダイヤフラムポンプ、除菌器、濾過装置及びダイヤフラムポンプの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5979820

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】ダイヤフラムポンプ、除菌器、濾過装置及びダイヤフラムポンプの制御方法

(51)【国際特許分類】

   F04B 43/02 20060101AFI20160818BHJP

   F04B 43/04 20060101ALI20160818BHJP

   C02F 1/64 20060101ALI20160818BHJP

   C02F 1/76 20060101ALI20160818BHJP

   C02F 1/50 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   F04B43/02 F

   F04B43/04 A

   F04B43/02 N

   C02F1/64 A

   C02F1/76 A

   C02F1/50 510A

   C02F1/50 520B

   C02F1/50 531P

   C02F1/50 540B

   C02F1/50 550C

   C02F1/50 550H

   C02F1/50 550L

   C02F1/50 560Z

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2011-85411(P2011-85411)

(22)【出願日】2011年4月7日

(65)【公開番号】特開2012-219692(P2012-219692A)

(43)【公開日】2012年11月12日

【審査請求日】2014年4月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000148209

【氏名又は名称】株式会社川本製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100159651

【弁理士】

【氏名又は名称】高倉 成男

(74)【代理人】

【識別番号】100091351

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 哲

(74)【代理人】

【識別番号】100088683

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100095441

【弁理士】

【氏名又は名称】白根 俊郎

(74)【代理人】

【識別番号】100084618

【弁理士】

【氏名又は名称】村松 貞男

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100119976

【弁理士】

【氏名又は名称】幸長 保次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(74)【代理人】

【識別番号】100134290

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 将訓

(72)【発明者】

【氏名】坂谷 哲則

(72)【発明者】

【氏名】山崎 修平

(72)【発明者】

【氏名】高田 典幸

【審査官】 新井 浩士

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０９８１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１４８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−０２９８９７（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ ４３／０２

Ｃ０２Ｆ １／５０

Ｃ０２Ｆ １／６４

Ｃ０２Ｆ １／７６

Ｆ０４Ｂ ４３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ソレノイドコイルの駆動により液体注入動作を行なうダイヤフラムポンプであって、
運転時に前記ソレノイドコイルの通電電流値を検出する電流検出部と、
通電開始時から、前記通電電流値が極大となり、前記通電電流値の微少時間あたりの変化量が正から負に変化して減少した後、前記通電電流値が極小となり、前記通電電流値の微少時間あたりの変化量が負から正となるまでの時間である変曲点発生時間が、一定値以下である場合に、ポンピング動作を停止させる制御部と、
を備えたことを特徴とするダイヤフラムポンプ。

【請求項2】

前記通電電流値が極小となる前記変曲点発生時間が一定値以下である場合に、排気運転を行なうことを特徴とする請求項１記載のダイヤフラムポンプ。

【請求項3】

前記通電電流値が極小となる前記変曲点発生時間が一定値以下である場合に、ガスロック状態として信号送信を行なうことを特徴とする請求項１記載のダイヤフラムポンプ。

【請求項4】

前記変曲点発生時間が一定値以下であるとともに、液体吐出側の配管圧力が一定値以上である場合に、排気運転またはガスロック状態としての信号送信を行なうことを特徴とする請求項１記載のダイヤフラムポンプ。

【請求項5】

前記排気運転を一定時間行なった後、前記変曲点発生時間が一定値以上となった場合に、通常の動作に復帰させ、
前記排気運転を一定時間行なった後、前記変曲点発生時間が一定値以下である場合には、故障状態として信号送信を行なうことを特徴とする請求項２記載のダイヤフラムポンプ。

【請求項6】

請求項２記載のダイヤフラムポンプと、
前記ダイヤフラムポンプにより薬液を注入する薬液注入部と、
薬液注入部に連通する連通管と、
前記連通管の一次側に接続される給水ポンプと、
を備え、
前記制御部は、前記変曲点発生時間が一定値以下である場合に、前記給水ポンプを停止することを特徴とする除菌器。

【請求項7】

前記給水ポンプを停止して、前記排気運転を一定時間行なった後に、前記給水ポンプを再び動作させることを特徴とする請求項６記載の除菌器。

【請求項8】

請求項６または７記載の除菌器と、
前記除菌器の前記連通管に接続される濾過槽と、
前記除菌器の二次側の流路に設けられ、前記流路を開閉する弁と、を備える濾過装置であって、
前記制御部は、前記変曲点発生時間が一定値以下である場合に、前記弁を開放することを特徴とする濾過装置。

【請求項9】

ソレノイドコイルの駆動により液体注入動作を行なうダイヤフラムポンプの制御方法であって、
前記ダイヤフラムポンプの運転時における前記ソレノイドコイルへの通電電流値を検出し、
通電開始時から、前記通電電流値が極大となり、前記通電電流値の微少時間あたりの変化量が正から負に変化して減少した後、前記通電電流値が極小となり、前記通電電流値の微少時間あたりの変化量が負から正となるまでの時間である変曲点発生時間が、一定値以下である場合に、ポンピング動作を停止させることを特徴とするダイヤフラムポンプの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ダイヤフラムポンプ、除菌器、濾過装置及びダイヤフラムポンプの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

井戸水を生活用水等に利用する際には、濾過装置を用いて井戸水に含有する鉄やマンガンを除去して不純物を濾過するとともに、除菌を行っている。

【0003】

このような濾過装置には、例えば、井戸水中に薬液を注入する除菌器と、鉄や不純物、及び井戸水中に含有するマンガンを除去する濾過槽と、が用いられる。

【0004】

除菌器は、井戸水を給水する給水ポンプの二次側に順次設けられ、薬液、例えば次亜塩素酸ナトリウムを給水ポンプで給水された井戸水に注入し、除菌を行う。また、除菌器は、薬液により井戸水中の鉄を酸化させて析出させる。濾過槽は、この析出させた鉄を濾過することで、除鉄を行う。なお、濾過槽は、その内部に設けられた濾過材により、マンガンを吸着することで、除マンガンを行う。

【0005】

除菌器は、次亜塩素酸ナトリウムを貯留しておく薬液槽と、ろ過流量を検出するための磁石付き回転翼を有する流量比例注入用流量検出部を備えている。さらに、除菌器は、ろ過流量に比例した一定量の次亜塩素酸ナトリウムを注入するダイヤフラムポンプと、井戸水が通過する連結管及び薬液注入部を備えている。

【0006】

除菌器に使用されるダイヤフラムポンプは、小型で装置内に組込み易く、そのポンプ特性は精密注入に適している。また、ダイヤフラムポンプでは、ダイヤフラムを駆動するために往復動作が必要なので、アクチュエータとして、安価で構造が簡単な電磁ソレノイドが多用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００３−１６４７１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述した技術では以下のような問題がある。すなわち、上述した除菌器ではダイヤフラムポンプにより注入された次亜鉛素酸により、原水に含まれる鉄イオンを酸化して不溶性の水酸化第二鉄にし、ろ過材にて捕捉している。一方、原水中のマンガンイオンは次亜鉛素酸によって酸化・析出することはなく、濾過槽内部のマンガンコーティングろ過材の自触媒作用により接触酸化され、水和二酸化マンガンとしてろ過材に凝着することが知られている。

【0009】

ダイヤフラムポンプで注入される次亜塩素酸ナトリウムは、外気温や紫外線などにより自己分解しやすく、主に酸素ガスを発生して、有効塩素濃度が低下していくことが知られている。

【0010】

ダイヤフラムポンプは、薬液槽や吸込管やパイブで発生した酸素ガスの気泡を吸い込むと注入量低下や完全な揚液不能など、いわゆるガスロックと呼ばれる注入不良を起こす恐れがある。

【0011】

そこで、本発明は、いわゆるガスロック状態を検出し、正常な状態に復帰させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の一形態にかかるダイヤフラムポンプは、ソレノイドコイルの駆動により液体注入動作を行なうダイヤフラムポンプであって、運転時に前記ソレノイドコイルの通電電流値を検出する電流検出部と、通電開始時から、前記通電電流値が極大となり、前記通電電流値の微少時間あたりの変化量が正から負に変化して減少した後、前記通電電流値が極小となり、前記通電電流値の微少時間あたりの変化量が負から正となるまでの時間である変曲点発生時間が、一定値以下である場合に、ポンピング動作を停止させる制御部と、を備えたことを特徴とする。

【0013】

本発明の他の一形態にかかる除菌器は、前記ダイヤフラムポンプと、前記ダイヤフラムポンプにより薬液を注入する薬液注入部と、薬液注入部に連通する連通管と、前記連通管の一次側に接続される給水ポンプと、を備え、前記制御部は、前記電流値が極小となる変曲点発生時間が一定値以下である場合に、前記給水ポンプを停止することを特徴とする。

【0014】

本発明の他の一形態にかかる濾過装置は、前記除菌器と、前記除菌器の連通管に接続される濾過槽と、前記除菌器の二次側の流路に設けられ、前記流路を開閉する弁と、を備える濾過装置であって、前記制御部は、前記変曲点発生時間が一定値以下である場合に、前記弁を開放することを特徴とする。

【0015】

本発明の他の一形態にかかるダイヤフラムポンプの制御方法は、ソレノイドコイルの駆動により液体注入動作を行なうダイヤフラムポンプの制御方法であって、前記ダイヤフラムポンプの運転時における前記ソレノイドコイルへの通電電流値を検出し、前記電流値の変化状況に応じてダイヤフラムポンプの動作状態を制御することを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、いわゆるガスロック状態を検出し、正常な状態に復帰させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態にかかる濾過装置の構成を示す説明図。

【図2】同実施形態にかかる除菌器の構成を示す説明図。

【図3】同実施形態にかかるダイヤフラムポンプの構成を示す説明図。

【図4】同実施形態にかかる制御手順を示すフローチャート。

【図5】ダイヤフラムポンプの電流波形を説明するグラフ。

【図6】同ダイヤフラムポンプの正常状態における電流波形を示すグラフ。

【図7】同ダイヤフラムポンプのガスロック状態における電流波形を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施形態にかかる濾過装置について図１乃至図７を参照して説明する。

【0019】

図１は濾過装置１００の構成を模式的に示す説明図、図２は濾過装置１００に用いられる除菌器１０１の側面図、図３はダイヤフラムポンプ１７の断面を示す説明図である。

【0020】

図１に示す濾過装置１００は、井戸Ｗ等の原水を揚水し、除菌、除鉄、除マンガン及び固形物等の不純物の濾過に用いられる濾過装置であり、除菌器１０１と、濾過槽１０２と、制御ユニット１０３と、を備えている。なお、図１中Ｆは井戸水の流れを、Ｇは薬液の流れを、Ｓは信号線を、Ｘは通常運転による水の流れを、Ｙは逆洗運転による水の流れを、Ｚは洗浄運転による水の流れをそれぞれ示している。

【0021】

除菌器１０１の一次側は、配管Ｕにより、砂濾し器１０５を介して、原水を汲み上げる給水ポンプ１０４に接続されている。

【0022】

図２に示すように、除菌器１０１は、架台１１と、薬液タンク（薬液槽）１２と、薬液注入手段１３と、連結管１４と、を備えている。薬液タンク１２は、架台１１上に設けられ、その内部に、薬液として次亜塩素酸ナトリウムを貯留可能に形成されている。薬液タンク１２には薬液タンク１２内の水位を検出する水位センサ１５が設けられている。薬液タンク１２は、薬液供給管１６を介して薬液注入手段１３と接続されている。薬液注入手段１３は、薬液を定量注入可能なダイヤフラム式のダイヤフラムポンプ１７と、ダイヤフラムポンプ１７の吐出口に設けられた薬液吐出管１８と、薬液吐出管１８に設けられ連結管１４の二次側に設けられた薬液注入器１９と、を備えている。薬液注入器１９には逆止弁１９ａやノズル１９ｂ、ノズルキャップ１９ｃなどが設けられている。水位センサ１５は、薬液タンク１２に貯留されている薬剤の量を計測し、その値を制御ユニット１０３に送り出す。

【0023】

連結管１４は、井戸水（流体）の流路である管路を形成する。連結管１４は、管路を形成する管部２１と、管部２１の一次側に設けられた流量センサ２２と、管部２１の二次側に設けられた注入部２３と、を備えている。流量センサ２２は磁石付き回転翼を有し、回転翼の回転数を検出することによりろ過流量を検出し、その値を制御ユニット１０３に送り出す。さらに、連結管１４には圧力センサ２０が設けられている。圧力センサ２０はダイヤフラムポンプ１７の吸込側の連結管１４内に生じている圧力を計測し、その値を制御ユニット１０３に送り出す。

【0024】

ダイヤフラムポンプ１７は、図３に示すように、ケーシング３１と、筒形コイルであるソレノイドコイル３０と、プランジャ３３と、ダイヤフラム３４と、裏蓋３５と、裏蓋３５にねじ込まれた調整ねじ３６と、ポンプ本体３７などから構成されている。ソレノイドコイル３０の入力端子には、制御ユニット１０３からの電力線が接続されている。

【0025】

プランジャ３３は、軸部３８と、軸部３８に取り付けられた可動鉄心３９と、軸部３８の後方に設けられた補助磁極板４１などから構成されている。可動鉄心３９とソレノイドコイル３０の間には、戻しばね４２が設けられている。戻しばね４２はプランジャ３３を所定のばね力で後方に付勢している。ポンプ本体３７には、圧送室４４がほぼ中央に形成してあり、流入口４５及び流出口４６が設けられている。圧送室４４の流入口４５側には流入用一方向ボール弁４７が、また流出口４６側には流出用一方向ボール弁４８がそれぞれ設けられている。

【0026】

図１に示すように、除菌器１０１の二次側は配管Ｕにより濾過槽１０２に接続される。除菌器１０１と濾過槽１０２の間の配管Ｕには第１三方弁１０６（逆洗弁）が設けられている。第１三方弁１０６は、そのポートの一が排水部Ｄに接続され、ポートの切り換えにより、第１三方弁１０６の二次側からの水を排水部Ｄに排水可能に形成されている。

【0027】

濾過槽１０２は、タンク１０２ａを有し、除菌器１０１からタンク１０２ａ内部への井戸水の流路を形成する内部配管１０２ｂを備えている。濾過槽１０２は、タンク１０２ａの底部に吐出管として配管Ｕが接続される。この配管Ｕは、第２三方弁１１０（切換弁）に接続される。

【0028】

タンク１０２ａ内には、濾過材と、除マンガン用濾過材と、除鉄用濾過材が順次積層され、例えば、析出した鉄を補足及び除去可能、且つ、井戸水中のマンガンを接触酸化等により除去可能に形成されている。

【0029】

内部配管１０２ｂは、濾過槽１０２の上方側面から内部に配設され、給水ポンプ１０４から圧送された井戸水を、タンク１０２ａの天井部に向って吐出することで、吐出された井戸水を、濾過材上に均一に拡散可能に形成されている。

【0030】

濾過槽１０２の二次側は、配管Ｕにより貯水槽１１４に接続されている。濾過槽１０２の二次側の配管Ｕには、第２三方弁１１０と、第３三方弁１１１（洗浄弁）と、ストレーナ１１２と、第１仕切弁１１３と、が順次設けられている。第３三方弁１１１は、そのポートの一が、排水部Ｄに接続され、排水可能に形成されている。

【0031】

貯水槽１１４にはビルや住居等の建造物Ｇに給水する給水ユニット２００等が接続されている。また、貯水槽１１４には、第２仕切弁１１６が配管Ｕにより接続されるとともに、第２仕切弁１１６と第２三方弁１１０とが逆洗ポンプ１１７を介して配管Ｕにより接続されている。

【0032】

制御ユニット１０３は、除菌器に設けられる除菌器用電装部１０３ａや濾過槽に設けられる濾過槽用電装部１０３ｂを含んで構成されている。制御ユニット１０３は、各種情報を記憶する記憶部、各種データ処理を行う演算・制御部、各種情報を表示する表示装置、各種情報を入力する入力装置などを有して構成されている。また、制御ユニット１０３には、貯留タンク１２に設けられた水位センサ１５、連結管１４に設けられた圧力センサ２０、連結管１４に設けられた流量センサ２２、などからの信号線が接続されている。制御ユニット１０３は、各センサにおける検出結果に応じて、各弁のポートの開閉や、各ポンプの運転状態を制御することで、濾過装置１００に通常運転や排気運転、逆洗運転、洗浄運転等を行なわせる。

【0033】

ここでは、例えば除菌器用の電装部１０３ａは、商用電源の交流を全波整流するダイオードブリッジ、平滑用電解コンデンサ、直流電圧を可変するＦＥＴスイッチング回路からなるコンバータ部等を有している。そして、検出抵抗をソレノイドコイル３０と直列に挿入するか、直流変流器によって直流電流を検出し、その出力信号をマイコンのＡＤ入力ポートに入力することにより、ソレノイドコイル３０に供給する直流電流を計測する電流計測回路（電流検出部）を構成している。

【0034】

以上のように構成された濾過装置１００は、図１中水の流れＸとなるように各三方弁１０６，１１０，１１１を切り替えるとともに、給水ポンプ１０４により井戸水を供給し、除菌器１０１及び濾過槽１０２により除菌及び濾過を行う、所謂通常使用による通常運転が行われる。濾過装置１００は通常運転時に、ガスロック状態の検出及び復帰運転を行なう。

【0035】

また、濾過装置１００は、井戸水の供給された流量を積算し、この積算された流量が所定の流量となった場合に、濾過装置１００内の洗浄、特に、濾過槽１０２を洗浄する逆洗運転を行う。逆洗運転においては、制御ユニット１０３（制御手段）は、図１中、水の流れＹとなるように、各三方弁１０６，１１０，１１１を切り替えるとともに、逆洗ポンプ１１７を駆動する。逆洗ポンプ１１７により、貯水槽１１４内の水が揚水され、濾過槽１０２に水が通過することで、濾過槽１０２内の鉄やマンガン等の不純物を流し、排水部Ｄへと排水することとなる。

【0036】

また、濾過装置１００は、逆洗運転により発生した不純物を除去する洗浄運転を行なう。洗浄運転においては、制御ユニット１０３は、図１中、水の流れＺとなるように、各三方弁１０６，１１０，１１１を切り替えるとともに、給水ポンプ１０４を駆動することで、給水ポンプ１０４により井戸水が圧送され、逆洗運転時の濾過槽１０２内の不純物を含む水が第３三方弁１１１を経由して排水部Ｄから排水される。これにより、逆洗運転時の不純物を含む水が、貯水槽１１４へ流入することを防止する。なお、制御ユニット１０３は、洗浄運転を所定時間行なった後、通常運転にその運転を切り替えるとともに、積算流量をリセットする。

【0037】

以下、本実施形態にかかる濾過装置の通常運転時の動作について図４のフローチャートに従って説明する。本実施形態では、通常運転時に電流値を検出し、電流値の変化状況に基づいてガスロック状態を検出し、復帰処理を行うこととした。

【0038】

制御ユニット１０３は、まず、圧力センサ２０により連結管１４内の圧力を検出し（ＳＴ１）、この配管圧力に基づいてダイヤフラムポンプ１７を作動させるに要する印加電圧を求める（ＳＴ２）。印加電圧は、検出した圧力値に応じて、例えば予め制御ユニット１０３の記憶装置に記憶されているテーブルを参照して、例えば配管圧力にダイヤフラムの受圧面積を乗じた力に、戻しばねの最大圧縮力とダイヤフラムが押し出されたときの弾性力を加算した推力に基づいて決定される。なお、例えば予め運転初期に１ストローク内の最大電流を複数回サンプリングし、これらの複数回サンプリングした最大電流の値を平均化した数値を目標電流として設定し、ソレノイドのコイル３２抵抗のばらつきやコイル３２の温度上昇が生じても、通電時の最大電流が目標電流になるように印加電圧を補正するようにしてもよい。

【0039】

制御ユニット１０３は、求められた印加電圧に基づいて、通常運転を開始する（ＳＴ３）。ここでは、各三方弁１０６，１１０，１１１を図１中Ｘで示す流れになるように切り替えるとともに、給水ポンプ１０４及びダイヤフラムポンプ１７の運転を開始して除菌器１０１を駆動する。

【0040】

ダイヤフラムポンプ１７は、制御ユニット１０３の制御により所定の電圧が印加されると、ソレノイドコイル３０に電流が流れ、補助磁極板４１により磁力が発生し、プランジャ３３が吸引される。プランジャ３３が吸引されると、ダイヤフラム３４が圧送室４４内で前進する。すると流入用一方向ボール弁４７が閉じ、流出用一方向ボール弁４８が開き、所定量の薬剤が所定の圧力でダイヤフラムポンプ１７から流出される。一方、通電が停止されると、ソレノイドコイル３０での磁力が消失し、プランジャ３３が戻しばね４２のばね力で後方に移動する。プランジャ３３は、補助磁極板４１が調整ねじ３６に当接するまで後退する。プランジャ３３が後退することにより、ダイヤフラム３４が圧送室４４内で後退し、流入用一方向ボール弁４７が開き、流出用一方向ボール弁４８が閉じ、所定量の薬剤が薬液タンク１２からダイヤフラムポンプ１７内に流入される。ダイヤフラムポンプ１７は、制御ユニット１０３からの電圧の印加に従って作動し、ダイヤフラム３４の進退が繰り返される毎に所定量の薬剤がその都度薬液注入部に注入される。

【0041】

これにより、給水ポンプ１０４で揚水された井戸水は、除菌器１０１により薬液が井戸水中に注入されるとともに、濾過槽１０２により井戸水が濾過される。これら除菌器１０１及び濾過槽１０２により浄化された水が、貯水槽１１４に貯留され、例えば、この貯留された浄化水が、給水ユニット２００により、建造物Ｇの各給水先Ｈに給水されることとなる。

【0042】

このとき、ソレノイドコイル３０を流れる電流は、電流計測部１０７で計測され、制御ユニット１０３に送り出される。制御ユニット１０３においては電流計測部１０７での計測結果を取得し、ソレノイドコイル３０の通電電流を検出する（ＳＴ４）。

【0043】

図５はダイヤフラムポンプ１７の動作と通電電流、電圧、経過時間の関係を示すグラフである。縦軸は、印加電圧（Ｖ）、通電電流（ｍＡ）、移動距離（ｍｍ）、及び騒音（ｄＢ（Ａ））を示している。横軸は経過時間（ｍｓ）を示している。

【0044】

ダイヤフラムポンプ１７は、薬液を吐出するときに、その発生推力により、プランジャ３３を注入圧力に抗して押し出している。ソレノイドコイル３０は、プランジャ３３が動くとその自己インダクタンスが変化する可変インダクタであり、自己インダクタンスは移動途中で最大となり、固定鉄心に接触して移動が終了するとゼロになる。

【0045】

図５に示されるように、ソレノイドコイル３０の通電電流は、コイルインダクタンスと直流抵抗によって決定され、通電初期は、インダクタの充電時定数（＝インダクタンス／コイル抵抗）に応じて電流値が増加していくが、通電途中で、プランジャ３３の移動によりインダクタンス分が増加し、急激に電流値が減少する。さらに、プランジャ３３が移動するとインダクタンスが減少し、再度通電が終了するまで電流値が増加する。

【0046】

なお、通電時間が長い場合は静止したソレノイドコイル３０は抵抗成分のみのため、印加電圧を直流抵抗で割った電流が流れるが、ダイヤフラムポンプ１７の通電時間は１００ｍｓ以下の短時間であるため、通電終了時に上記の電流値まで到達することは無い。

【0047】

プランジャ３３の移動速度（移動距離／所要時間）は、ソレノイドコイル３０がダイヤフラムポンプ１７のケーシング３１内の薬液圧力に抗してプランジャ３３を押し出す推力により決定されるため、正常に薬液が注入されている場合、通電電流値の変化状況を示す通電電流波形は最初の極大点の次に極小値となる変曲点（ΔＩが正→負→正または０）を持った形状となる。

【0048】

すなわち、ソレノイドの通電電流のΔＩは通電開始時より正→負に変化して、急激に減少し、その後、変曲点（ΔＩが負→０→正）以降は再度増加に転じている。

【0049】

図６は第１の状態として正常状態における電流波形を示すグラフである。縦軸は、印加電圧（Ｖ）、通電電流（ｍＡ）、移動距離（ｍｍ）、及び騒音（ｄＢ（Ａ））を示している。横軸は経過時間（ｍｓ）を示している。配管圧力＝３０ｍであり、例えば薬液注入器１９に設けられた逆止弁１９ａやノズルキャップ１９ｃなどによりダイヤフラムポンプ１７の吐出側に発生する抵抗＝７ｍ、注入圧力＝３７ｍとなる。図６の例では、変曲点の発生時間は５０ｍｓとなっており、全通電時間との比率では、約６２％である。

【0050】

ダイヤフラムポンプ１７で注入される次亜塩素酸ナトリウムは、外気温や紫外線などにより自己分解しやすく、下記の化学式１のように主に酸素ガスを発生して、有効塩素濃度が低下していくことが知られている。

【0051】

２ＮａＣｌＯ→２ＮａＣｌ＋Ｏ_２ …化学式１
ダイヤフラムポンプは、薬液槽や吸込管やパイブで発生した酸素ガスの気泡を吸い込むと注入量低下や完全な揚液不能など、いわゆるガスロックと呼ばれる注入不良を起こす恐れがある。このガスロックの問題は、特に原水の鉄・マンガン濃度が高い場合やアンモニアが存在する場合など、注入濃度を高くすべく、薬液槽に貯留する薬液に分解しやすい１２％原液を使用する場合に起こりやすい。

【0052】

図７は第２の状態としてケーシング３１内にガスが侵入し、ガスロックが発生した状態の電流波形を示すグラフである。縦軸は、印加電圧（Ｖ）、通電電流（ｍＡ）、移動距離（ｍｍ）、及び騒音（ｄＢ（Ａ））を示している。横軸は経過時間（ｍｓ）を示している。

【0053】

ケーシング３１内にガスが侵入してガスロックが発生すると、ケーシング３１内の圧力はゼロｍとなり、推力に対向する薬液圧力がほとんどないため、プランジャ３３はインダクタンスが最大となる位置まで高速で到達する。したがって、電流波形は図７に示すように、通電初期に小さな極大点を持った長い放物線を描く。この変曲点の発生時間は、ソレノイドコイル３０のコイル抵抗の変動やダイヤフラムの移動距離の組み立て誤差などのダイヤフラムポンプ１７に起因する容易や配管圧力や気温などの環境要因の影響を受けることなく、略一定の時間帯に出現する。図７の例では、極小値となる変曲点の発生時間は２２ｍｓとなっており基準値Ｔ０＝２５ｍｓよりも小さい値となる。また、全通電時間＝８０ｍｓとの比率では、約２７％である。

【0054】

このようなガスロック状態では、ポンプケーシング３１内圧力＝ゼロである。一方、給水ポンプ１０４による配管圧力＝３０ｍであり、例えば薬液注入器１９に設けられた逆止弁や保護キャップなどによりダイヤフラムポンプ１７の吐出側に発生する抵抗＝７ｍとなるため吐出圧力＝３７ｍが必要となる。

【0055】

本実施形態の制御方法では、制御ユニット１０３は、ＳＴ４で検出された通電電流値に基づき、最大電流値Ｉを検出するとともに（ＳＴ５）、通電電流値の変曲点発生時間Ｔを検出する（ＳＴ６）。なお、複数回変曲点を検出した場合には、通電開始側に近い値を選択する。

【0056】

そして、この変曲点発生時間Ｔと、予め設定された基準時間Ｔ０とを比較（ＳＴ７）する。なお、基準時間Ｔ０は、例えば正常状態において複数回にわたってサンプリングされた変曲点発生時間に基づき決定され、予め制御ユニット１０３の記憶領域に記憶されている。ここでは、例えば正常状態における変曲点発生時間の平均値の５０％を基準時間Ｔ０とし、変曲点発生時間の平均値は５０ｍｓ、Ｔ０＝２５ｍｓと設定される。

【0057】

そして、ＳＴ３乃至ＳＴ７までの処理を複数回繰り返し（ＳＴ８）、複数回にわたって検出した変曲点発生時間Ｔが基準時間Ｔ０よりも短い（ＳＴ７のｙｅｓ）状態が所定回数連続して検出された場合（ＳＴ８のｙｅｓ）には、ガスロック状態であると判定し、ＳＴ９に進む。

【0058】

一方、基準時間Ｔ０よりも短い場合状態が所定回数連続して検出されず（ＳＴ８のＮｏ）、基準時間Ｔ０よりも長くなった場合（ＳＴ６のＮｏ）には、正常状態であると判定し、通常運転が継続される（ＳＴ２１）。

【0059】

ＳＴ７，８において、ガスロック状態であると判定した場合には、連結管１４の圧力Ｐが予め設定された一定値Ｐ１（例えば１０ｍ）以上であるか否かを判定し（ＳＴ９）、この配管圧力が一定以上の値であった場合には（ＳＴ９のｙｅｓ）、ガスロックを解消する復帰動作を行う。一方、基準時間Ｔ０よりも短い場合（ＳＴ６のｙｅｓ）状態を所定回数連続して検出された場合（ＳＴ８のＹｅｓ）であっても配管圧力Ｐが一定値Ｐ１以下の場合には排気が不要であるため、通常運転が継続される（ＳＴ２１）。

【0060】

復帰動作としては、例えば除菌器用電装部１０３ａから制御ユニット１０３にガスロック信号を送り出し（ＳＴ１１）、ダイヤフラムポンプ１７を停止させるとともに（ＳＴ１２）、給水ポンプ１０４を停止して（ＳＴ１３）、配管Ｕの圧力を低下させる。さらに、給水ポンプ１０４の停止の後に、除菌器１０１の二次側に配置された第３三方弁１１１を開く（ＳＴ１４）。

【0061】

なお、ガスロック信号は例えば間欠的にＯＮ／ＯＦＦを繰り返す信号として通常の故障信号とは区別した信号とする。そして、圧力が一定以下となった後、一定時間排気運転を行いケーシング３１内のガスを配管Ｕへ排気する（ＳＴ１５）。この排気運転中のストローク速度は、定格の最大値にて排気運転を行なう。これにより速やかに吐出側の圧力をゼロｍとすることで、ガスロック状態に陥ったダイヤフラムポンプ１７のポンピング作用を回復することが出来る。

【0062】

排気運転開始から一定時間経過後に（ＳＴ１６のｙｅｓ）、排気運転を終了し、ガスロック信号を停止して（ＳＴ１７）、第３三方弁１１１を閉じ（ＳＴ２０）、給水ポンプ１０４を再度運転することでＳＴ３に戻り通常運転を行なう。

【0063】

なお、ガスロック状態ではなく、薬液槽の渇水の場合にも、ダイヤフラムポンプが空気を吸入してガスロック現象と同様にケーシング３１内の圧力がゼロｍとなる場合がある。また長期間の使用によりダイヤフラムが摩耗などで破損した場合にも、ガスロック現象と同様にケーシング３１内の圧力はゼロとなる。このため、本実施形態ではＳＴ１０において、一定回数（例えば４回）連続してガスロック信号が送信されたか否かを検出することにより、複数回連続して排気運転を実施しても正常状態に回復しない場合を検出し、正常状態に回復しない場合には（ＳＴ１０のＹｅｓ）、薬液タンク１２の渇水もしくはダイヤフラム３４の破損などの故障と判定し、故障を表示（通知）するとともに故障信号を送り出し（ＳＴ１８）、ダイヤフラムポンプ１７を停止する（ＳＴ１９）。

【0064】

本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。すなわち、ソレノイドコイル３０への通電電流値を検出し、この電流値の変化状況によって、ガスロックと呼ばれる不良状態を検出することが可能となる。また、上記実施形態では、変曲点発生時間が短い場合に排気運転を行なうことによってガスロック状態を解消することができる。

【0065】

また、排気運転中のストローク速度を定格の最大値とすることで、より確実、かつ、短時間で、ガス排気が可能となる。また、ダイヤフラムポンプ１７のケーシング３１内部の圧力も大気圧になりガスが圧縮されないため、ダイヤフラムポンプ１７がケーシング３１内部のガスを容易に排出できる。そして、排気運転の後に再度給水ポンプ１０４を運転することで、通常の注入運転に復帰することが可能となる。また、複数回検出された場合にのみガスロックと判定することとしたため、誤検出を防止することができる。

【0066】

なお、例えば、次亜塩素酸ナトリウムなどの気化しやすい薬液を扱うダイヤフラムポンプとして自動排気弁付きのダイヤフラムポンプも提供されているが、ケーシング内に侵入したガスを完全に排出することは出来ず、さらにガス抜き弁のフロート球に微細な気泡が付着して球が浮き上がると、正常注入時にガス抜き弁から薬液が漏れて注入量が減少するといった不具合がある。また、薬液注入装置用の気液分離装置（脱泡継手）も提供されているが、気液分離装置内部で発生した酸素ガスの細泡が中空容器の壁面に付着した場合に細泡が合泡してその浮力が大きくなるまで浮揚しないため壁面に付着した気泡が薬液流出部から流出し、ダイヤフラムポンプのケーシング内に吸い込まれる可能性があり、ガスロック状態を完全に解消することは出来ない。また、歯車式の流量検出器をダイヤフラムポンプの吐出し側に接続して、正常に注入されているか監視する方式も提案されているが、高価であることや、サイズの制約で塩素注入装置内に組み込むことが困難などの難点がある。さらにガスロック現象を検出できたとしても故障停止して人手によりダイヤフラムポンプの排気弁を開いてガスをポンプケーシング外部へ排気するといった手間がかると言う難点がある。本実施形態にかかるダイヤフラムポンプ１７では、これらの技術に比べても容易かつ確実にガスロック状態を検出することができ、容易かつ確実にガスロック状態を解消することが出来る。

【0067】

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。また、各部の具体的構成や、各工程における具体的な制御手順等は、上記実施形態に例示したものに限られるものではなく適宜変更可能である。

【0068】

例えば、上記実施形態では変曲点発生時間の絶対値に基づいて制御を行なう例を示したがこれに限られるものではない。例えば他の実施形態として、変曲点発生時間と全通電時間との比率によってガスロック発生を判定してもよい。すなわち、例えば変曲点発生時間が全通電時間の３０％以下である場合にガスロック発生であると判定する。例えばこの例では全通電時間が８０ｍｓの時に変曲点発生時間２１ｍｓであるので、比率が約２７％となり、ガスロック状態であると判定される。

【0069】

さらに、誤検出を防止するために、流量検出部３２が水の流れを検出している場合にのみ、上記のガスロック状態の検出を行うこととしてもよい。また、電流波形は上記実施形態に例示した電流波形のグラフに限らず、種々の電流波形のグラフを用いることができる。

【0070】

さらに、上記実施形態の構成要件のうち一部を省略しても本発明を実現可能である。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
ソレノイドコイルの駆動により液体注入動作を行なうダイヤフラムポンプであって、
運転時に前記ソレノイドコイルの通電電流値を検出する電流検出部と、
前記通電電流値の変化状況に応じて動作状態を制御する制御部と、を備えたことを特徴とするダイヤフラムポンプ。
［２］
前記制御部は、前記通電電流値が極小となる変曲点発生時間が一定値以下である場合に、ポンピング動作を停止させることを特徴とする［１］記載のダイヤフラムポンプ。
［３］
前記電流値が極小となる変曲点発生時間が一定値以下である場合に、排気運転を行なうことを特徴とする［１］または［２］記載のダイヤフラムポンプ。
［４］
前記電流値が極小となる変曲点発生時間が一定値以下である場合に、ガスロック状態として信号送信を行なうことを特徴とする［１］または［２］記載のダイヤフラムポンプ。
［５］
前記変曲点発生時間が一定値以下であるとともに、液体吐出側の配管内圧力が一定値以上である場合に、前記排気運転または前記ガスロック状態としての信号送信を行なうことを特徴とする［３］または［４］記載のダイヤフラムポンプ。
［６］
前記排気運転を一定時間行なった後、前記変曲点発生時間が一定値以上となった場合に、通常の動作に復帰させ、
前記排気運転を一定時間行なった後、前記変曲点発生時間が一定値以下である場合には、故障状態として信号送信を行なうことを特徴とする［３］乃至［５］のいずれか記載のダイヤフラムポンプ。
［７］
［３］乃至［６］のいずれか記載のダイヤフラムポンプと、
前記ダイヤフラムポンプにより薬液を注入する薬液注入部と、
薬液注入部に連通する連通管と、
前記連通管の一次側に接続される給水ポンプと、
を備え、
前記制御部は、前記電流値が極小となる変曲点発生時間が一定値以下である場合に、前記給水ポンプを停止することを特徴とする除菌器。
［８］
前記給水ポンプを停止して、前記排気運転を一定時間行なった後に、前記給水ポンプを再び動作させることを特徴とする［７］記載の除菌器。
［９］
［７］または［８］記載の除菌器と、
前記除菌器の連通管に接続される濾過槽と、
前記除菌器の二次側の流路に設けられ、前記流路を開閉する弁と、を備える濾過装置であって、
前記制御部は、前記変曲点発生時間が一定値以下である場合に、前記弁を開放することを特徴とする濾過装置。
［１０］
ソレノイドコイルの駆動により液体注入動作を行なうダイヤフラムポンプの制御方法であって、
前記ダイヤフラムポンプの運転時における前記ソレノイドコイルへの通電電流値を検出し、
前記電流値の変化状況に応じてダイヤフラムポンプの動作状態を制御することを特徴とするダイヤフラムポンプの制御方法。
［１１］
前記電流値が極小となる変曲点発生時間が一定値以下である場合に、前記ダイヤフラムポンプのポンピング動作を停止させることを特徴とする［１１］記載のダイヤフラムポンプの制御方法。

【符号の説明】

【0071】

Ｕ…配管、Ｄ…排水部、Ｇ…建造物、Ｈ…給水先、Ｔ０…基準値、Ｉ…最大電流値、Ｔ…変曲点発生時間、Ｔ０…基準時間、Ｐ…圧力、Ｐ１…一定値、Ｐ…配管圧力、１２…薬液タンク、１３…薬液注入手段、１４…連結管、１５…水位センサ、１７…ダイヤフラム、プ、１８…薬液吐出管、１９…薬液注入器、２０…圧力センサ、２１…管部、２２…流量センサ、２３…注入部、３１…ケーシング、３０…ソレノイドコイル、３２…流量検出部、１００…濾過装置、１０１…除菌器、１０２…濾過槽、１０３…制御ユニット、１０３ａ…除菌器用電装部、１０３ｂ…濾過槽用電装部、１０４…給水ポンプ、１０６，１１０，１１１…三方弁、１０７…電流計測部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】